Глава II. Основные законы и принципы механики.

Законы механики позволяют людям понять окружающий их мир, так как они устанавливают причинную связь между событиями и явлениями, дают уверенность в способности человека познать Вселенную. Законы механики формировались в течение долгого времени и прошли долгий путь развития от примитивных, достаточно туманных представлений о сущности явлений, до современных четко выраженных в математической форме уравнений.

Люди всегда пытались понять, почему все в природе происходит так, а не иначе, почему падает камень и почему летит стрела, почему начинается движение, как оно происходит и почему оно заканчивается. Особенно большой вклад в развитие механики внесли древние греки, среди которых было много выдающихся ученых своего времени. Архимедом (ок. 287–212 г. до н.э.) уже разрабатывались законы статики на примере равновесия рычагов, с Евдокса (409–355 г. до н.э.) начиналось развитие интегрального исчисления в виде метода исчерпывания, служащего для определения объемов тел. Развитие механики от Древней Греции до наших дней хорошо представлено в книге [1]. Однако, отсутствие развитого математического аппарата, отсутствие потребности да и возможности в постановке специальных экспериментов, не позволило древнегреческим ученым и последующим поколениям ученых в течение многих веков понять сущность взаимодействия и движения материальных объектов, открыть объясняющие их законы механики. Только Галилею (1564–1642) первому удалось открыть и экспериментально доказать закон падения тел в виде математического соотношения между величиной перемещения и временем движения. Эксперименты с шариками, движущимися по наклонной плоскости, позволили Галилею прийти к мысли о движении тел по инерции, правда, это движение он мыслил как круговое, а не прямолинейное, так как круговое движение в те времена считалось самым совершенным или гармоничным.

Вслед за Галилеем Р.Декарт (1596–1650) уточнил понятие о движении по инерции, дав его определение практически в современном виде, постулировал постоянство в природе количества движения, которое он мыслил как произведение размеров тел на скорость их движения, дал объяснение функционированию Вселенной на основе теорий вихрей, то есть разработал физическую картину мира на механической основе, но без математического обоснования. Большой заслугой Декарта в развитии математики и механики является введение им прямоугольной системы координат. Введение координат дало сильнейший толчок их развитию.

Все эти достижения в области математики и механики дали возможность И.Ньютону (1643–1727) создать основы механики в ее современном понимании. Законы, им открытые, позволили ему и последующим поколениям ученых разрабатывать новую, отличную от декартовской, физическую картину мира, но тоже на механической основе. К основным законам механики, открытым И. Ньютоном, относятся: закон инерции; закон, устанавливающий связь между силой и количеством движения; закон равенства действия и противодействия; закон всемирного тяготения. Однако, надо сказать, что все эти законы не имеют строгого обоснования и поэтому часто называются не законами, а аксиомами, то есть предположениями, не имеющими доказательства. Закон тяготения является феноменологическим, то есть описательным и не дающим представления о физической сущности гравитации. Поэтому мы говорим, что И. Ньютон открыл законы механики, а не вывел их из каких-то предпосылок, то есть угадал их, а на это способен только гениальный ум. Ньютону также принадлежит правило векторного сложения сил, которое называется правилом параллелограмма и тоже является аксиомой, так как еще никем не доказано. Ньютон впервые ввел понятие массы и выражаемое через нее количество движения, ввел понятие инертности тел, под которой он понимал силу инерции и связывал ее с количеством массы тел. Выдающимся достижением И.Ньютона является разработка им основ дифференциального и интегрального исчисления, давшего мощнейший толчок развитию аналитических методов механики. Правда, в своей выдающейся работе “Математические начала натуральной философии”, изданной им в 1687г., И.Ньютон не использовал разработанный им новый математический аппарат, так как тогда ни один бы современный ему ученый не понял бы этого. Потребовалось много лет, чтобы ученые освоились с идеями дифференциального и интегрального исчисления и научились использовать его в расчетах. Большую роль в этом сыграл символический метод дифференцирования и интегрирования, разработанный современником И.Ньютона Лейбницем (1646–1716). Однако, сущность этого исчисления так никто до сих пор и не понял.

Последующие поколения ученых развивали идеи И.Ньютона. Выдающимися учеными в области механики были Даламбер (1717–1783), Д.Бернулли (1700–1782), Лагранж (1736–1813), Гамильтон (1805–1865) и другие. Вдохновленные примером Ньютона и используя его достижения, они способствовали развитию механики, придав ей всеобщий, универсальный характер, лежащий в основе всех явлений природы. Ими велись интенсивные поиски новых законов механики, новых физических сущностей, определяющих эти законы. Так, Гюйгенсом (1629–1695), а затем Лейбницем было введено понятие “живой силы”, представляющей собой кинетическую энергию, которая рассматривалась в качестве основной меры движения. Были введены принцип наименьшего действия в форме Мопертюи (1698–1759) и Гамильтона и другие интегральные и дифференциальные принципы механики. Был разработан принцип возможных перемещений, принцип Даламбера, получено общее уравнение динамики, уравнения Лагранжа. Законов механики стало столько, что возникла потребность выяснить, какой же из них будет самым главным, из которого будут вытекать все остальные законы. В настоящее время на ведущую роль некоторые ученые выдвигают принцип наименьшего действия в форме Гамильтона. Однако, все почему-то забывают или не обращают внимания на то, что все новые законы и принципы могут быть получены после соответствующих преобразований из второго закона Ньютона.

К основным законам механики, конечно, следует также отнести законы сохранения энергии, количества движения (импульса) и момента количества движения (момента импульса). Эти законы используются не только для исследования механических движений и взаимодействий, но и для явлений, имеющих другую физическую природу, таких как электричество, магнетизм, сильные и слабые взаимодействия. Поскольку указанные законы имеют такой универсальный характер, делались неоднократные попытки положить их в основу других законов механики.

В данной книге автором делается попытка установить иерархию законов механики, найти законы и принципы, лежащие в основе всех остальных законов. Эта попытка основана на понимании единства материального мира, его непрерывного движения и, как следствие этого, постоянного взаимодействия материальных объектов. Мы считаем, что взаимодействие материальных объектов должно подчиняться принципу причинности и быть локализовано в пространстве, то есть должно существовать место взаимодействия.

Однако, предварительно мы рассмотрим закон сохранения энергии и закон сохранения количества движения в виду их всеобщности и тесной связи друг с другом.

Полезная информация

Интересные предложения
В ближайшее время планируется опубликовать первую часть научной работы Макарова Б.И. "Законы управляющие вселенной"
  • Заказать обслуживание биотуалетов в Москве.

Популярные Материалы

Теория

Гидравлический теплогенератор с КПД 120-170 % - вымысел или реальность? КПД выше единицы означает, что количество выделяемого тепла будет больше, чем потребленная электродвигателем энергия. Однако, научного объяснения это важное обстоятельство до сих пор не имеет. Позже мы опубликуем свою версию объяснения этого явления.

Последние Публикации